Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mini-Gehirn aus der Petrischale

05.04.2017

Eine neue Methode könnte die Erforschung von Entwicklungsstörungen des Gehirns einen wichtigen Schritt voranbringen. Das zeigt eine aktuelle Studie an der Universität Bonn. Die Forscher untersuchten darin die Entstehung eines seltenen angeborenen Gehirn-Defekts. Sie überführten dazu Hautzellen von Patienten in so genannte „Alleskönner“-Stammzellen. Aus diesen generierten sie dann Hirn-Organoide – dreidimensionale kleine „Gewebe-Klümpchen“, deren Aufbau dem des menschlichen Gehirns ähnelt. Die Arbeit ist nun in der Zeitschrift „Cell Reports“ erschienen.

Mit Hilfe von Humanzellen in der Kulturschale ließ sich die menschliche Hirnentwicklung bislang nur sehr eingeschränkt untersuchen: In der Schale wachsen die Zellen flächig, sie weisen also keine dreidimensionale Architektur auf. Als Alternative stehen Modellorganismen zur Verfügung, zum Beispiel Mäuse. Das Denkorgan des Menschen ist jedoch erheblich komplexer aufgebaut. Entwicklungsstörungen des menschlichen Gehirns lassen sich daher nur bedingt im Tiermodell nachvollziehen.


Beim Pipettieren: Privatdozent Dr. Philipp Koch, Dr. Julia Ladewig und Vira Iefremova.

(c) Foto: Barbara Frommann/Uni Bonn

Wissenschaftler am Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn sind in ihrer Studie einen neuen Weg gegangen: Sie haben dreidimensionale Gewebe-Strukturen in der Zellkulturschale gezüchtet, deren Aufbau dem des menschlichen Gehirns erstaunlich ähnelt. Diese „Mini-Gehirne“ erlauben einen Einblick in die Abläufe, mit denen sich einzelne Nervenzellen zu unserem hoch komplexen Denkorgan organisieren. „Die Methode eröffnet daher ganz neue Möglichkeiten, um Störungen in der Architektur des sich entwickelnden menschlichen Gehirns zu untersuchen“, erklärt Dr. Julia Ladewig, die eine Arbeitsgruppe zur Gehirnentwicklung leitet.

Seltene Gehirnfehlbildung untersucht

Die Wissenschaftler haben in ihrer Arbeit das so genannte Miller-Dieker-Syndrom untersucht. Die Erbkrankheit ist auf einen Chromosomendefekt zurückzuführen. Dieser hat unter anderem eine Fehlbildung der Hirnrinde zur Folge. „Bei Patienten ist die Hirnoberfläche kaum gefurcht, sondern mehr oder weniger glatt“, erklärt Vira Iefremova, Doktorandin und Erstautorin der Studie. Wodurch diese Änderung zustande kommt, wusste man bislang nur in Ansätzen.

Die Forscher stellten zunächst aus Hautzellen von Miller-Dieker-Patienten „Alleskönner“-Stammzellen her, aus denen sie dann Hirn-Organoide züchteten. In Organoiden organisieren sich die Gehirnzellen selbst – ganz ähnlich wie im Gehirn eines Embryos: Die Stammzellen teilen sich; ein Teil der Tochterzellen entwickelt sich zu Nervenzellen; diese wandern dorthin, wo sie gebraucht werden. Diese Prozesse ähneln einem komplizierten Orchesterstück, in dem die Erbanlagen den Taktstock schwingen.

Bei Miller-Dieker-Patienten ist dieser Prozess grundlegend gestört. „Wir konnten zeigen, dass sich bei ihnen die Stammzellen anders teilen“, erklärt Privatdozent Dr. Philipp Koch, der die Studie gemeinsam mit Dr. Julia Ladewig geleitet hat. „Bei Gesunden vermehren sich die Stammzellen zunächst einmal und bilden dabei geordnete, dicht gepackte Schichten. Nur ein kleiner Teil von ihnen differenziert sich und wird zum Beispiel zu Nervenzellen.“

Für die dichte und gleichmäßige Packung der Stammzellen sind bestimmte Proteine verantwortlich. Die Bildung dieser Moleküle ist bei Kranken gestört. Dadurch sind die Stammzellen nicht so eng gepackt und gleichzeitig nicht so regelmäßig angeordnet. Diese schlechte Organisation führt unter anderem dazu, dass sich die Stammzellen frühzeitiger differenzieren. „Die Änderung der dreidimensionalen Gewebe-Struktur führt also ursächlich zu einem geänderten Teilungsverhalten“, sagt Ladewig. „Dieser Zusammenhang ist weder im Mausmodell noch in zweidimensionalen menschlichen Kultursystemen erkennbar.“

Neue Therapieoptionen seien damit allerdings nicht in Sicht, betont die Wissenschaftlerin. „Wir betreiben hier Grundlagenforschung. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass Organoide das Zeug dazu haben, eine neue Ära in der Hirnforschung einzuleiten. Und wenn wir die Entwicklung unseres Denkorgans besser verstehen, erwachsen daraus langfristig vermutlich auch neue Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten.“

Publikation: Vira Iefremova, George Manikakis, Olivia Krefft, Ammar Jabali, Kevin Weynans, Ruven Wilkens, Fabio Marsoner, Björn Brändl, Franz-Josef Müller, Philipp Koch und Julia Ladewig: An Organoid-Based Model of Cortical Development Identifies Non-Cell-Autonomous Defects in Wnt Signaling Contributing to Miller-Dieker Syndrome; Cell Reports; DOI: 10.1016/j.celrep.2017.03.047

Kontakt:

Dr. Julia Ladewig,
Institut für Rekonstruktive Neurobiologie
Universität Bonn
Tel. 0228/6885547
E-Mail: jladewig@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie
23.01.2018 | Uniklinik Köln

nachricht Lebensrettende Mikrobläschen
23.01.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics